Кафедра БЖД и экологии
Методические указания
К лабораторным занятиям
По дисциплине экология
для студентов направления подготовки бакалавров
Наземные транспортно-технологические комплексы
Уфа – 2015
УДК 574:378.147
Рекомендовано к изданию методической комиссии механического факультета 31.09.2015 г. (протокол №1/1).
Составитель: доцент кафедры БЖД и экологии, к.б.н. Леонтьева Т.Л.
Рецензент: доцент каф. физиологии, биохимии и кормления животных,.
К.б.н. Сатаева Л.В.
Ответственная за выпуск: заведующая кафедрой БЖД и экологии,
К.б.н. Латыпова Г.Ф.
Уфа: БГАУ, кафедра БЖД и экологии
Оглавление
1. Изучение влияния абиотических факторов на живых организмов……….….4
2. Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта. Определение загрязнения воздушной среды с помощью лабораторного стенда БСЖ-7………...….6
3. Определение нитратов в продуктах питания……………………………..…...14
4. Биоиндикация состояния атмосферного воздуха……………………….…...17
Библиографический список…………………………………………………...…...21
Изучение влияния абиотических факторов на живых организмов (4 часа)
Цель работы: Определить зависимость прорастания семян растений от воздействия на них температуры, как одного из важнейших абиотических факторов.
Материалы и оборудование: Семена растений (пшеница, ячмень, горох), чашки Петри, пробирки химические (на 20 мл), термометр, горячая вода (600С), водяная баня, секундомер или ручные часы, фильтровальная бумага.
Вопросы для самостоятельного изучения
1. Как проявляются законы оптимума и лимитирующих факторов по отношению к температурному фактору?
2. Какие существуют морфологические и физиологические адаптации для существования в условиях высоких и низких температур?
Теоретическое введение. А биотические факторы, то есть факторы неживой природы, постоянно воздействуют на организмы. К важнейшим из них относится тепловой режим, т.к. скорость протекания химических реакций в живом изменяется в 2-3 раза при повышении температуры на каждые 10о. Температура очень часто является лимитирующим фактором для распространения видов во всех средах жизни. Свойства протоплазмы клеток обусловливают максимальный температурный диапазон для активной жизни 0-50оС. Исключения редки. Например, некоторые сине-зеленые водоросли существуют в горячих источниках Камчатки и Северной Америки (77-85оС), а некоторые дрожжи выдерживают до 90оС. Полное промораживание выдерживают только неактивные формы жизни (споры, семена, насекомые в состоянии диапаузы).
Максимальные и минимальные температуры, при которых животные или растения не находятся в оцепенении, а активно развиваются, называются порогами развития (не путать с пределами выносливости!), а значения температуры, лежащие между ними – эффективными температурами. Для завершения каждого этапа развития организма требуется определенное количество тепла, называемое термальной константой развития (константа -постоянная величина) или суммой эффективных температур (С). При этом не важно, какими порциями поступает тепло, лишь бы его сумма достигала определенной величины. Если температура выше, тепло поступает интенсивнее и развитие ускоряется, если, конечно, не превышен верхний порог развития.
Задание 1 (закладка опыта) Положите на дно всех чашек Петри кружочки фильтровальной бумаги. К внутренней стороне крышек приклейте водой этикетки, на которых простым карандашом должны быть написаны: дата, вариант, № группы и бригады. Отберите по 10 полноценных семян всех предложенных культур, поместите их в пробирку, залейте водой, имеющей разную температуру (600С, 500С, 400С, 250С) и выдержите указанное время (10 мин.). Затем воду слейте, семена переложите в приготовленные чашки Петри. Контрольные семена не обрабатывайте. Во все чашки Петри с семенами налейте по 10 мл воды комнатной температуры и поставьте на проращивание.
Задание 2 (учет результатов опыта) Через 1-2 недели после выполнения задания 1 рассмотрите образовавшиеся у вас всходы и оцените влияние температурного фактора на следующие показатели: всхожесть семян, длину проростков, развитие корневой системы. Результаты занесите в таблицу 1.
Таблица 1 Влияние температуры на прорастание семян различных культур
| Темпера- тура(0С) | Культура | Всхо- жесть (%) | Длины проростков (мм) | Длины корней (мм) | Число корней | |||
| Измерен-ные | Средняя | Измерен-ные | Средняя | Измерен-ное | Среднее | |||
| Пшеница | ||||||||
| Ячмень | ||||||||
| Горох | ||||||||
| Пшеница | ||||||||
| Ячмень | ||||||||
| Горох | ||||||||
| Пшеница | ||||||||
| Ячмень | ||||||||
| Горох | ||||||||
| Пшеница | ||||||||
| Ячмень | ||||||||
| Горох |
Разными цветами постройте графики зависимости всхожести (рис. 1) и числа корней от температуры обработки. Для зависимостей длин проростков и корней от температуры результаты представьте в виде диаграмм. Графики или диаграммы по каждому показателю должны сопровождаться выводами из них. Затем сформулируйте общий вывод о влиянии температуры на прорастание семян и формирование растения для каждой культуры.
Контрольные вопросы
1) Каково значение температуры в жизни организмов?
2) Что такое температурные пороги развития? Сколько их?
3) Что называется оптимальной температурой? Различается ли она для разных видов живых существ? Как человек использует ее на практике?
4) Дайте прогноз, как поведет себя колорадский жук (порог развития 12оС, термальная константа, то есть сумма эффективных температур для развития от яйца до взрослого насекомого - 360о) в областях, где за лето набирается:
а) всего 300о выше порогового значения;
б) 450о выше порогового значения;
в) 750о выше порогового значения.
Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта. Определение загрязнения воздушной среды с помощью лабораторного стенда БЖС-7
Цель работы: Определить количество газообразных вредных веществ, выделяемых автотранспортом в атмосферу. Определить концентрации загрязняющих веществ в воздухе при разных способах очистки выбросов и выявление влияния загрязнения на состояние образцов древесных пород
Оборудование: Стенд лабораторный "Методы и средства защиты воздушной среды от газообразных загрязнений БЖС 7" с комплектом образцов летучих соединений, используемых в качестве газов- загрязнителей, емкости 0,6-1,0 л с полиэтиленовыми крышками, вата, нитки, вода, пипетка или сосуды с капельницами, маркер, ножницы.
Теоретическое введение
В настоящее время до 70% загрязнений воздуха в крупных городах связано с работой автотранспорта. Он же является одной из причин смога. Доля транспортного загрязнения воздуха составляет более 60% по СО и более 50% по NOх от общего загрязнения атмосферы этими газами. Повышенное содержание СО и NOх можно обнаружить в выхлопных газах неотрегулированного двигателя, а также двигателя в режиме прогрева. Концентрация оксида углерода в выхлопных газах автомобиля составляет 0,3-10%, углеводородов (несгоревшего топлива) – до 3% и оксидов азота – до 0,8%. Последствия загрязнения городской атмосферы выхлопом приведены в таблице 3.
Таблица 3 Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека
| Вредные вещества | Последствия воздействия на организм человека |
| Оксид углерода (первичный загрязнитель) | Препятствует адсорбцию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может вызвать потерю сознания и смерть |
| Оксиды азота (первичный загрязнитель) | Увеличивают восприимчивость организма к вирусным заболеваниям (типа гриппа), раздражает легкие, вызывает бронхит и пневмонию |
| Озон (вторичный загрязнитель) | раздражает слизистую оболочку органов дыхания, вызывает кашель, нарушает работу легких; снижает сопротивляемость к простудным заболеваниям; может обострять хронические заболевания сердца, а также вызывать астму, бронхит. |
| Свинец(из этилированного бензина) | Эмбриотоксическое и тератогенное действие (дефекты или гибель зародышей и новорожденных), поражение нервной и кровеносной системы, печени, угнетает иммунитет |
Устройство и принцип работы стенда БЖС-7.
Внешний вид стенда представлен на рисунке 3. Он смонтирован на лабораторном столе, имеющем столешницу (1), полку (2), опорные рамы (3) и вертикальную панель (4).
На вертикальной панели установлены 3 устройства для очистки воздуха: адсорбер угольный (5), адсорбер силикагелевый (6) и абсорбер водяной (7). При адсорбции поглощение вещества из раствора или смеси газов осуществляется только поверхностным слоем поглотителя (поэтому она должна быть максимально большой), а при абсорбции – поглощение происходит во всем объеме поглотителя. Адсорберы представляют собой прозрачные цилиндрические емкости, имеющие верхнюю и нижнюю крышки с ниппелями и заполненные веществом-адсорбентом. Один адсорбер заполнен активированным углем, другой - силикагелем.
Абсорбер представляет собой прозрачную цилиндрическую емкость, внутри которой имеются разбрызгиватель с решеткой для создания мелкодисперсной водяной среды (в данном случае абсорбентом является вода).
 | |||
|
Также на вертикальной панели расположены камера-смеситель (8) и элементы пневмо-и гидросистем. Камера-смеситель представляет собой стеклянный баллон («паук») с тремя отводами (центральный и два крайних). Внесение веществ-загрязнителей производится через центральный отвод с помощью пипетки-капельницы (9). Крайние отводы используются для присоединения к пневмосистеме. Пневмосистема является замкнутой и включает в себя три магистрали очистки воздуха (через 3 разных очистных устройства), а также «свободную» магистраль (12), которая позволяет производить необходимые манипуляции по загрязнению и перемешиванию воздуха. Каждая магистраль снабжена шаровым краном (13).
Отбор проб загрязненного и очищенного воздуха осуществляется через штуцеры соответственно отбора пробы «до очистки» (10) и отбора пробы «после очистки» (11), расположенных в нижней части свободной магистрали.
Воздушный поток во всех магистралях создается насосом (14), снабженным двумя насадками: нагнетания (15) и входной (16), расположенными на вертикальной панели стенда.
Подачу воды осуществляет насосная станция расположенная на столешнице. Она представляет собой прямоугольную емкость (17) с водой, на дне которой установлен погружной насос (18). Вода подается по напорной трубке (19), снабженной струбциной (скобой с прижимным винтом) (25), предназначенной для регулирования объёмного расхода воды в разбрызгиватель абсорбера, и сливается по возвратной трубке (20) в емкость с водой. Таким образом, гидросистема абсорбера является замкнутой.
На столешнице также размещены элементы из набора химико-аналитических средств (НХС-воздух-1), в том числе: загрязнители воздуха (21), трубки индикаторные (22), пробоотборник (23), пипетки- капельницы (9) и удлинитель (24).
Меры безопасности.
1. К работе со стендом допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе.
2. При включенном воздушном насосе один из кранов пневмосистемы должен быть открыт, чтобы воздух прокачивался или через свободную магистраль, или через магистрали очистки.
3. При появлении запаха одного из загрязнителей следует прекратить проведение лабораторной работы до устранения неисправности.
4. Лабораторную работу необходимо проводить в хорошо проветриваемом помещении.
5. Рекомендуется использовать в лаборатории воздухоочиститель гигиенический лабораторный АМ-4 ТУ 0101-01-2004.
6. Время непрерывной работы воздушной помпы не более 10 мин.
Задание 1
1) Выберите участок автотрассы вблизи учебного заведения длиной 0,1 (L, км), имеющей хороший обзор.
2) Оцените ширину проезжей части улицы (а), ее общую ширину до домов (А) и высоту окружающих улицу домов (Н).
3) Определите число единиц различного автотранспорта, проходящего по участку в обе стороны в течение 10 мин., пересчитайте на 1 час и заполните учетную таблицу 4
4) Рассчитайте общий путь, пройденный выявленным число автомобилей каждого типа за 1 час (Lj, км), по формуле:
Lj = Nj * L, где j - обозначение типа автотранспорта; L - длина участка, км;
…. Nj - число автомобилей каждого типа, проходящих за 1 час.
Таблица 4 Учетная таблица количества автотранспорта
| Тип автотранспорта (j) | Проехало автомобилей | Общий путь за 1 час, Lj, км | |
| за 10 мин. | за 1 час, Nj | ||
| Легковые автомобили | |||
| Грузовые автомобили | |||
| Автобусы | |||
| Дизельные грузовые автомобили |
5) Рассчитайте количество топлива (Qj, л) разного вида, сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:
Qj = Lj * Yj,
где Yj – удельный расход топлива для разных автомобилей в соответствии со справочной таблицей 5 (взять средние значения).
Таблица 5 Нормы расхода топлива при движении в условиях города
| Тип автотранспорта | Средние нормы расхода топлива (л на 100 км) | Удельный расход топлива Yj (л на 1 км) |
| Легковые автомобили | 11 – 13 | 0,11 – 0,13 |
| Грузовые автомобили | 29 – 33 | 0,29 – 0,33 |
| Автобусы | 41 – 44 | 0,41 – 0,44 |
| Дизельные грузовые автомобили | 31 - 34 | 0,31 – 0,34 |
6) Полученные результаты по расходу топлива занесите в таблицу 6 и определите общее количество сожженного топлива каждого вида (åQ).
7) Используя таблицу 7, рассчитайте объем выделившихся вредных веществ в литрах (по каждому виду топлива и всего) и занесите их в таблицу 8. Коэффициент К численно равен объему вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины 1 л топлива.
Таблица 6 Расход топлива
| Тип автотранспорта | Lj | Qj | |
| Бензин | Дизельное топливо | ||
| Легковые автомобили | - | ||
| Грузовые автомобили | - | ||
| Автобусы | - | ||
| Дизельные грузовые автомобили | - | ||
| Всего: | ∑Q |
Таблица 7 Коэффициенты выброса вредных веществ (К)
| Вид топлива | Значения коэффициента К | ||
| Угарный газ СО | Углеводороды (пентан – С5Н12) | Диоксид азота NО2 | |
| Бензин | 0,6 | 0,1 | 0,04 |
| Дизельное топливо | 0,1 | 0,03 | 0,04 |
Таблица 8 Объем выбросов
| Вид топлива | ∑Q | Вредные вещества | ||
| Угарный газ | Углеводороды | Диоксид азота | ||
| Бензин | ||||
| Дизельное топливо | ||||
| Всего: | (V), л |
8) Рассчитайте массу выделившихся вредных веществ m (г) по формуле и результаты впишите в таблицу 9:
, где М – молекулярная масса, а 22,4 л – объем 1 моля газа при н. у.
Таблица 9 Концентрация вредных примесей в воздухе проезжей части и количество чистого воздуха, необходимого для их разбавления
| Вид вредного вещества | Объем V, л | Молеку-лярная масса, М | Масса m, г | Концент-рация, мг/м3 | ПДК мр, мг/м3 | Объем воздуха для разбавления, м3 |
| Угарный газ СО | ||||||
| Углеводороды (пентан) С5Н12 | ||||||
| Диоксид азота NО2 | 0,085 |
9) Определите объем исследуемого участка проезжей части улицы длиной L, шириной а, принимая его высоту h за 2 м (≈макс.высота автомобиля). Зная количество выделившихся примесей и объем, рассчитайте и занесите в таблицу 9 концентрацию вредных примесей в воздухе проезжей части. Сопоставьте полученные значения концентраций с табличными значениями ПДК.
10) Если вычисленные вами концентрации какого-либо из компонентов выхлопа превышают ПДК, рассчитайте количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ чтобы обеспечить санитарно допустимые условия окружающей среды (табл. 9). То есть, рассчитайте, во сколько раз надо развести воздух проезжей части дороги, чтобы концентрация примесей стала ниже ПДК и умножьте это значение на объем проезжей части. Это и будет объем воздуха для разбавления. Затем, вычислив общий объем улицы (L*А*Н, м3), определите, достаточно ли в ней воздуха для разбавления вредных примесей до необходимого уровня, и сделайте вывод об экологической обстановке в районе исследованного вами участка автомагистрали.
Задание 2
Разберите устройство стенда БЖС-7 и сделайте конспект. Проведите работу со стендом в соответствии с установленным порядком:
1 Подготовка абсорбера к работе.
1.1 Соединить входную трубку абсорбера с напорным штуцером насоса.
1.2 Залить в насосную станцию абсорбера 2,5 л воды.
1.3 Включить насос и с помощью струбцины на трубке подачи или слива добиться уровня воды в абсорбере 20-40 мм. После этого выключить насос.
2 Проведение работ по внесению загрязнения воздуха в систему стенда. одним из компонентов (ацетон, бензин БР-1 «Галоша», толуол, этанол).
2.1 Зажимами из набора НХС пережать трубки отбора проб.
2.2 С помощью пипетки-капельницы внести в центральную горловину камеры 0,2 мл загрязнителя и незамедлительно закрыть камеру.
2.3 Закрыть краны очистных магистралей, а кран свободной магистрали открыть.
2.4 Включить воздушный насос и не выключать его до полного (ориентировочно 2-3 мин.) испарения загрязнителя (контроль визуальный).
2.5 Выключить насос,
3 Определение концентрации загрязняющего вещества.
3.1 Взять насос-пробоотборник (далее - пробоотборник), вставить в него соответствующую индикаторную трубку со вскрытыми концами и соединить с трубкой-штуцером отбора пробы «до очистки».
3.2 Снять зажим.
3.3 Отобрать с помощью пробоотборника 100 мл загрязненного воздуха, протягивая его через соответствующую индикаторную трубку.
3.4 Установить зажим.
3.5 С помощью шкалы на упаковочной коробке индикаторных трубок определить концентрацию загрязнителя в воздухе пневмосистемы.
4 Проведение работ с адсорбером (активированный уголь или селикагель).
4.1 Закрыть кран свободной магистрали.
4.2 Открыть кран очистной магистрали адсорбера с активированным углем.
4.3 Включить насос и прогнать загрязненный воздух через адсорбер в течение 2-х минут.
4.4 Выключить насос и произвести отбор пробы очищенного воздуха через штуцер 11 в соответствии с п. 3.1-3.3
4.5 Открыть краны адсорберов и закрыть кран свободной магистрали.
4.6 Включить насос. Произвести доочистку пневмосистемы в течение 5 минут.
5 Проведение работ с абсорбером.
5.1 Произвести действия в соответствии с п.п.2.1-2.5.
5.2 Открыть краны на абсорбер и на свободную магистраль, на адсорберы - закрыть.
5.3 Включить водяной насос.
5.4 Включить воздушный насос. Произвести прокачку воздуха через абсорбер в течение 2-х минут.
5.5 Выключить водяной насос.
5.6 Выключить воздушный насос.
5.7 Произвести отбор пробы очищенного воздуха в соответствии с п.3.1-3.3
6. Определение эффективности очистки воздуха
6.1 Произведите расчет эффективности очистки воздуха разными очистными сооружениями по формуле:
Э=[(Кз-Ко)/Кз]∙100%, (1)
где Кз - концентрация вещества-загрязнителя в загрязненном воздухе, мг/м3;
Ко, - концентрация вещества-загрязнителя в очищенном воздухе, мг/м3.
6.2 Сравните эффективность разных систем очистки и сделайте вывод.
7. Выключение установки. После завершения лабораторной работы выключить установку и проверить, закрыты ли краны магистралей
Контрольные вопросы
1. Назовите основные источники загрязнения воздуха в городе.
2. Какими показателями нормируется состояние атмосферного воздуха на улицах городов?
3. Как влияет автотранспорт на загрязнение воздуха?
4. Назовите важнейшие вредные компоненты выхлопа
|
5. Назовите важнейшие загрязнители воздуха в городах.
6. Как мы можем снизить загрязнение воздуха?
7. Чем отличаются адсорбция и абсорбция? Как они могут использоваться при очистке стоков и выбросов?
